论文部分内容阅读
【摘 要】随着螺杆泵采油系统应用规模的不断扩大，越来越多的故障问题也逐渐暴露在我们面前，其中最主要的几种故障是：定子橡胶溶胀，油管漏失，抽油管断脱，油管结蜡，螺杆泵漏失，转子磨损，卡泵等。
【关键词】螺杆泵、故障、油管、抽油
【中图分类号】TE35【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0278-01
前言
造成螺杆泵采油系统出故障的原因有很多种，同一种故障也有可能是由不同的原因造成的，我们为了预防和发现这些潜在的威胁，必须按照常规的检修周期对设备进行检修，这不仅会消耗大量资金，而且若是不能及时发现，让泵带病运行，必然会加大设备的磨损，严重时甚至会造成停泵，使油田蒙受经济损失。
根据多年的生产事件，对螺杆泵井常见的工况类型进行了整理划分，工况类型总体分为正常和故障两种，而又因为其发生的部位不同，从而可以将故障分为以下七种。
一、螺杆泵定子橡胶溶胀
在螺杆泵应用实践中发现，同样的举升高度条件下，螺杆泵现场应用的容积效率比室内检测的容积效率低。经研究发现，造成这种情况的主要原因是螺杆泵下井后在高温，高压油气条件下定子橡胶溶胀使空腔变小。我们可以通过对定子橡胶溶胀值实验，计算，找出其影响规律，制定相应的技术对策以提高泵的容积效率，更好的发挥螺杆泵高效节能优势，为油田生产服务。
螺杆泵容积效率是实际空腔体积与设计空腔体积之比的百分数。在油井高温，高压条件下，原油或其中的某些化学物质通常会渗透到螺杆泵定子橡胶内部，使橡胶膨胀，体积增大，增大部分占据了空腔体积，使实际储存油液的空腔体积变小，导致容积效率降低。
二、油管漏失
据统计由于油管漏失而检泵占检泵比例的22.5%，与抽油杆断脱并列检泵原因之首。根据对生产造成的影响大小，可分为以下几种：
1）轻微漏失，油管漏失量很小，单位变化不大，一般可以继续生产；
2）一般漏失，油管漏失量？泵的排量，反应在生产上为井口取样困难，单量减产；
3）严重漏失，油管漏失量？泵的排量，反映在生产上为井口取样及单量不出；广义坐标有限元分析的一般步骤。
一般情况下，先是发现一口井产液量减少或不出，然后经一步步的诊断分析排除，最后确定是否油管漏失故障。
造成油管漏失的原因主要有以下几条：
1）油管钢材质量：由油管的加工制造过程，适用时间，保养管理等决定；
2）井下作业施工质量：作业队伍的施工水平，责任心等；
3）抽油杆偏磨：油井完钻质量水平，抽油杆防偏磨措施工艺水平；
4）化学腐蚀：在含水井中，由于地层水矿化度高，腐蚀性强，往往在油管连接部位最易造成腐蚀损坏。由于油管漏失后往往造成油井停产，过多的检泵使得作业成本负担加大，因此在生产中，根据造成油管漏失的各方面因素，采取必要的措施加以预防。而一旦发现油管漏失，必须检泵排除故障恢复油井的产能。
三、供液不足
故障表现为油压逐渐降低，排量逐渐降低，电流逐渐降低，井口整压，油压上升缓慢，停机观察，油压不降；供液严重不足时，井口不出液，出油口只往外排气，井口整压，油压不升，待液面恢复后，可抽出一定的液量，之后井口又不出液。对供液不足若发现不及时，将发生泵空抽，泵空抽时间过长将导致杆脱，杆断或定子失效，后果非常严重。
四、产能过剩
当油井产能过剩时，表现为油井的动液面很高，甚至有些到达井口，地层压力高，渗入井内的液体量大，泵排量小，具体表现为泵效较高，个别甚至大于100%，地面驱动部分电流明显偏低。
五、泵漏失
泵漏失故障表现为：泵效逐渐下降，动液面上升，电流逐渐下降，扭矩值低于正常范围，轴向力低于正常范围，但仍大于杆柱在采出液中的重量，油套压在一定程度上连通。
引起泵漏失的主要原因是：泵长期工作，定子与转子磨损导致泵漏失，影响泵漏失的因素归根结底是由于泵的密封性故障，其主要体现在质合金腐蚀，碳化硅腐蚀，石墨环腐蚀，O型密封圈的腐蚀，金属环腐蚀，热损失效和摩擦失效。施工作业时，必须严格检查泵和管住的丝扣有无损伤。在抽油杆上安装扶正器，减少在生产过程中抽油杆与油管的摩擦。
六、抽油杆断脱
抽油杆断脱造成的井下作业工作量在油田开发后期占相当大的比重，作业成本逐年上升，严重影响企业的经济效益。加大技术投入和强化过程管理，减少抽油杆断脱，已成为提高井下作业质量的必由之路。
抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用，再加之定向井的偏磨，使其成为机械采油中可靠性最低的设备，很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的，影响因素也错综复杂，主要应从以下三个方面进行剖析。
（一） 疲劳破坏
1）抽拉杆工作条件：抽油杆在工作过程中，承受不对称循环载荷的作用，上部光杆承受的载荷包括：抽油杆柱的载荷，液柱载荷，抽油杆柱、油管柱和液柱的惯性载荷，抽油杆柱在运动中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷，由液击引起的冲击载荷，由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等因素造成的扭力等七种力。而抽油杆柱承受的载荷随深度有所变化，如抽油杆柱载荷越往下越小，加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用，在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力，迫使抽油杆弯曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油杆工作条件更加恶劣。因此，抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷，而实际上中和点以下的抽油杆承受的是不对称拉压循环载荷，加上抽油杆柱本身未加工面积达85%以上，不可避免地会有疲劳源存在，从而产生疲劳断裂。
2）抽油杆强度分析：现代抽油杆强度计算都采用了无限寿命疲劳设计，即把抽油杆的许用应力控制在疲劳极限以下，以保证抽油杆工作循环次数大于次，一般应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。
（二）抽油杆机械磨损
1）直井下冲程抽油杆底部受压弯曲致使杆管偏磨。
2）井斜引起的机械磨损。由于井斜，使油管产生弯曲，在抽油井生产时，抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分立xF。在水平分力xF的作用下，油管和抽油杆相互接触产生摩擦上冲程时，使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损，下冲程时，抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生磨损。
（三）抽油杆腐蚀破坏
螺杆泵抽汲的流体主要是油、气、水，其中原油是由各种碳氢化合物组成的多组分混合物溶液，各种组分的碳氢化合物的相态随油井压力、温度的变化而变化。原油中碳原子数16到64的烷烃固态物质为石蜡，其熔点在49℃到60℃之间。在油层条件下，原油中所含的蜡都处于溶解状态，但由于石蜡在油中的溶解度随温度的降低而降低，因此流体在举升过程中，随着温度的逐渐降低，石蜡不断析出，其结晶便长大聚集和沉积在管壁的一定位置上，即出现所谓的结蜡现象。原油中含蜡量越多，结蜡越严重。井口、地面管线的结蜡，导致井口回压增大，造成螺杆泵实际压头增大。预防油井结蜡，是保证螺杆泵采油井长期正常运转的主要途径之一。因此螺杆泵采油井必须实施清防蜡解堵工艺技术。
结束语
虽然螺杆泵的弊端显而易见，但其制造和使用成本低廉，非常实用于稠油出砂井的优点是主要的，因此螺杆泵采油技术仍是一种行之有效地人工采输手段。
【关键词】螺杆泵、故障、油管、抽油
【中图分类号】TE35【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0278-01
前言
造成螺杆泵采油系统出故障的原因有很多种，同一种故障也有可能是由不同的原因造成的，我们为了预防和发现这些潜在的威胁，必须按照常规的检修周期对设备进行检修，这不仅会消耗大量资金，而且若是不能及时发现，让泵带病运行，必然会加大设备的磨损，严重时甚至会造成停泵，使油田蒙受经济损失。
根据多年的生产事件，对螺杆泵井常见的工况类型进行了整理划分，工况类型总体分为正常和故障两种，而又因为其发生的部位不同，从而可以将故障分为以下七种。
一、螺杆泵定子橡胶溶胀
在螺杆泵应用实践中发现，同样的举升高度条件下，螺杆泵现场应用的容积效率比室内检测的容积效率低。经研究发现，造成这种情况的主要原因是螺杆泵下井后在高温，高压油气条件下定子橡胶溶胀使空腔变小。我们可以通过对定子橡胶溶胀值实验，计算，找出其影响规律，制定相应的技术对策以提高泵的容积效率，更好的发挥螺杆泵高效节能优势，为油田生产服务。
螺杆泵容积效率是实际空腔体积与设计空腔体积之比的百分数。在油井高温，高压条件下，原油或其中的某些化学物质通常会渗透到螺杆泵定子橡胶内部，使橡胶膨胀，体积增大，增大部分占据了空腔体积，使实际储存油液的空腔体积变小，导致容积效率降低。
二、油管漏失
据统计由于油管漏失而检泵占检泵比例的22.5%，与抽油杆断脱并列检泵原因之首。根据对生产造成的影响大小，可分为以下几种：
1）轻微漏失，油管漏失量很小，单位变化不大，一般可以继续生产；
2）一般漏失，油管漏失量？泵的排量，反应在生产上为井口取样困难，单量减产；
3）严重漏失，油管漏失量？泵的排量，反映在生产上为井口取样及单量不出；广义坐标有限元分析的一般步骤。
一般情况下，先是发现一口井产液量减少或不出，然后经一步步的诊断分析排除，最后确定是否油管漏失故障。
造成油管漏失的原因主要有以下几条：
1）油管钢材质量：由油管的加工制造过程，适用时间，保养管理等决定；
2）井下作业施工质量：作业队伍的施工水平，责任心等；
3）抽油杆偏磨：油井完钻质量水平，抽油杆防偏磨措施工艺水平；
4）化学腐蚀：在含水井中，由于地层水矿化度高，腐蚀性强，往往在油管连接部位最易造成腐蚀损坏。由于油管漏失后往往造成油井停产，过多的检泵使得作业成本负担加大，因此在生产中，根据造成油管漏失的各方面因素，采取必要的措施加以预防。而一旦发现油管漏失，必须检泵排除故障恢复油井的产能。
三、供液不足
故障表现为油压逐渐降低，排量逐渐降低，电流逐渐降低，井口整压，油压上升缓慢，停机观察，油压不降；供液严重不足时，井口不出液，出油口只往外排气，井口整压，油压不升，待液面恢复后，可抽出一定的液量，之后井口又不出液。对供液不足若发现不及时，将发生泵空抽，泵空抽时间过长将导致杆脱，杆断或定子失效，后果非常严重。
四、产能过剩
当油井产能过剩时，表现为油井的动液面很高，甚至有些到达井口，地层压力高，渗入井内的液体量大，泵排量小，具体表现为泵效较高，个别甚至大于100%，地面驱动部分电流明显偏低。
五、泵漏失
泵漏失故障表现为：泵效逐渐下降，动液面上升，电流逐渐下降，扭矩值低于正常范围，轴向力低于正常范围，但仍大于杆柱在采出液中的重量，油套压在一定程度上连通。
引起泵漏失的主要原因是：泵长期工作，定子与转子磨损导致泵漏失，影响泵漏失的因素归根结底是由于泵的密封性故障，其主要体现在质合金腐蚀，碳化硅腐蚀，石墨环腐蚀，O型密封圈的腐蚀，金属环腐蚀，热损失效和摩擦失效。施工作业时，必须严格检查泵和管住的丝扣有无损伤。在抽油杆上安装扶正器，减少在生产过程中抽油杆与油管的摩擦。
六、抽油杆断脱
抽油杆断脱造成的井下作业工作量在油田开发后期占相当大的比重，作业成本逐年上升，严重影响企业的经济效益。加大技术投入和强化过程管理，减少抽油杆断脱，已成为提高井下作业质量的必由之路。
抽油杆柱由于长期受交变载荷和油、气、水以及腐蚀介质的共同作用，再加之定向井的偏磨，使其成为机械采油中可靠性最低的设备，很容易发生断脱。导致抽油杆柱断脱的原因是多方面的，影响因素也错综复杂，主要应从以下三个方面进行剖析。
（一） 疲劳破坏
1）抽拉杆工作条件：抽油杆在工作过程中，承受不对称循环载荷的作用，上部光杆承受的载荷包括：抽油杆柱的载荷，液柱载荷，抽油杆柱、油管柱和液柱的惯性载荷，抽油杆柱在运动中受的摩擦阻力，抽油管柱和油管柱的弹性引起的振动载荷，由液击引起的冲击载荷，由井斜变化、螺纹不同心、悬绳器摆动等因素造成的扭力等七种力。而抽油杆柱承受的载荷随深度有所变化，如抽油杆柱载荷越往下越小，加上下部抽油杆柱所承受的上顶力的作用，在中和点以下抽油杆柱由承受张应力变成压应力，迫使抽油杆弯曲，增大了扭力和摩擦力，使得下部抽油杆工作条件更加恶劣。因此，抽油杆柱承受的不是简单的不对称循环载荷，而实际上中和点以下的抽油杆承受的是不对称拉压循环载荷，加上抽油杆柱本身未加工面积达85%以上，不可避免地会有疲劳源存在，从而产生疲劳断裂。
2）抽油杆强度分析：现代抽油杆强度计算都采用了无限寿命疲劳设计，即把抽油杆的许用应力控制在疲劳极限以下，以保证抽油杆工作循环次数大于次，一般应用最大拉应力与许用应力比较来校核强度。
（二）抽油杆机械磨损
1）直井下冲程抽油杆底部受压弯曲致使杆管偏磨。
2）井斜引起的机械磨损。由于井斜，使油管产生弯曲，在抽油井生产时，抽油杆的综合拉力F或综合重力W产生了一个水平分立xF。在水平分力xF的作用下，油管和抽油杆相互接触产生摩擦上冲程时，使抽油杆与油管内壁的一侧产生磨损，下冲程时，抽油杆弯曲与油管内壁的另一侧面产生磨损。
（三）抽油杆腐蚀破坏
螺杆泵抽汲的流体主要是油、气、水，其中原油是由各种碳氢化合物组成的多组分混合物溶液，各种组分的碳氢化合物的相态随油井压力、温度的变化而变化。原油中碳原子数16到64的烷烃固态物质为石蜡，其熔点在49℃到60℃之间。在油层条件下，原油中所含的蜡都处于溶解状态，但由于石蜡在油中的溶解度随温度的降低而降低，因此流体在举升过程中，随着温度的逐渐降低，石蜡不断析出，其结晶便长大聚集和沉积在管壁的一定位置上，即出现所谓的结蜡现象。原油中含蜡量越多，结蜡越严重。井口、地面管线的结蜡，导致井口回压增大，造成螺杆泵实际压头增大。预防油井结蜡，是保证螺杆泵采油井长期正常运转的主要途径之一。因此螺杆泵采油井必须实施清防蜡解堵工艺技术。
结束语
虽然螺杆泵的弊端显而易见，但其制造和使用成本低廉，非常实用于稠油出砂井的优点是主要的，因此螺杆泵采油技术仍是一种行之有效地人工采输手段。